ES2859657T3 - Sistema de bloqueo de rotor para turbina eólica - Google Patents

Abstract

Una unidad de bloqueo (24) para un sistema de bloqueo de rotor (20) de una turbina eólica (1), comprendiendo la unidad de bloqueo (24): un árbol de bloqueo (34) que puede moverse de manera deslizante dentro de un tambor (30) bajo la influencia de un accionador (32); y una disposición de accionamiento angular (48, 50) que está configurada para permitir el movimiento angular del árbol de bloqueo (34) alrededor de un eje longitudinal a medida que el árbol de bloqueo (34) se mueve linealmente dentro del tambor (30) por el accionador (32), caracterizada por que la disposición de accionamiento angular (48, 50) comprende una formación de guía helicoidal (50) definida por el tambor (30) y una formación de roscado complementaria (48) definida por el árbol de bloqueo (34).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de bloqueo de rotor para turbina eólica

Campo técnico

Los aspectos de la presente invención se refieren a sistemas de bloqueo para turbinas eólicas y, más en particular, pero no exclusivamente, a un sistema de bloqueo de rotor para una turbina eólica.

Antecedentes

Las turbinas eólicas no funcionan constantemente y experimentan períodos prolongados de inactividad para el mantenimiento y el servicio de rutina, trabajos de reparación de emergencia, o cuando la velocidad del viento es simplemente insuficiente para permitir la operación de la turbina eólica. Durante tales períodos prolongados de inactividad, es importante garantizar que las palas de rotor y todos los componentes conectados tales como el cubo de rotor y el árbol de rotor principal, se mantienen completamente parados para evitar posibles lesiones o daños al personal de servicio o al equipo de mantenimiento.

Por lo tanto, las turbinas eólicas actuales, en general, están equipadas con un freno de rotor proporcionado en el árbol de rotor que puede usarse en combinación con un bloqueo de rotor. Específicamente, el freno de rotor ralentiza y detiene eficientemente el movimiento de las palas de rotor, después de lo cual el bloqueo de rotor se engancha a continuación para fijar el árbol de rotor (y por lo tanto las palas de rotor) en una posición específica, y evitar de este modo una rotación sustancial adicional. En algunos casos, un bloqueo de rotor tiene la forma de un disco de bloqueo de rotor, que se coloca en o alrededor del árbol de rotor relativamente cerca del cubo y las palas de rotor. El disco de bloqueo de rotor puede bloquearse de diferentes formas, con el fin de evitar de manera eficiente cualquier movimiento adicional del árbol de rotor. Un ejemplo de una disposición de bloqueo de rotor se desvela en el documento GB 2522796 A.

Debido a la creciente necesidad de producción de energía renovable y limpieza, las turbinas eólicas y sus componentes constituyentes se están diseñando cada vez con mayor tamaño y peso. A medida que aumenta la longitud de la pala, también lo hace el par motor que las palas ejercen sobre el árbol de rotor principal, y también sobre la caja de engranajes y los generadores. Por lo tanto, es importante garantizar que los mecanismos de bloqueo de rotor estén diseñados y configurados con el fin de poder contrarrestar y soportar cantidades tan grandes de par motor. Adicionalmente, el diseño del mecanismo de bloqueo de rotor debe tener en cuenta el desgaste y el desgarre a largo plazo, y la tensión, a los que el mecanismo de bloqueo de rotor estará sujeto durante el transcurso de la vida útil operativa de la turbina eólica.

Es en este contexto en el que se han ideado las realizaciones de la invención.

Sumario de la invención

De acuerdo con una realización de la presente invención, se proporciona una unidad de bloqueo para un sistema de bloqueo de rotor de una turbina eólica. La unidad de bloqueo comprende un árbol de bloqueo que puede moverse de manera deslizante dentro de un tambor bajo la influencia de un accionador. La unidad de bloqueo también comprende una disposición de accionamiento angular que está configurada para permitir el movimiento angular del árbol de bloqueo alrededor de un eje longitudinal cuando el árbol de bloqueo se mueve linealmente dentro del tambor por el accionador.

Ventajosamente, esto permite que el árbol de bloqueo rote a través de una variedad de orientaciones alrededor de su eje longitudinal con el fin de facilitar el enganche seguro con otros componentes en el sistema de bloqueo de rotor.

El árbol de bloqueo puede comprender una parte de enganche que puede moverse hacia fuera y hacia el tambor para el enganche. En algunos casos, la parte de enganche es, en general, ovalada en sección transversal vertical.

La disposición de accionamiento angular comprende una guía helicoidal o formación de pista definida por el tambor y una formación de roscado o de seguidor helicoidal complementaria definida por el árbol de bloqueo. Ventajosamente, el enganche entre las formaciones helicoidales complementarias de guía y roscado permite que el árbol de bloqueo se mueva suave y continuamente de una manera angular alrededor de su eje longitudinal cuando se acciona axialmente dentro del tambor por el accionador. La formación de guía helicoidal puede comprender al menos un canal helicoidal, y la formación de roscado helicoidal puede comprender al menos una nervadura helicoidal o al menos un saliente de espárrago u orejeta.

De acuerdo con otra realización de la presente invención, se proporciona un sistema de bloqueo de rotor para fijar un árbol de rotor principal de una turbina eólica en una posición sustancialmente estacionaria. El sistema de bloqueo de rotor comprende una unidad de bloqueo y un disco de bloqueo. La unidad de bloqueo comprende un árbol de bloqueo que puede moverse de manera deslizante dentro de un tambor bajo la influencia de un accionador. La unidad de bloqueo también comprende una disposición de accionamiento angular que está configurada para permitir el movimiento angular del árbol de bloqueo alrededor de un eje longitudinal cuando el árbol de bloqueo se mueve linealmente dentro del tambor por el accionador. El disco de bloqueo está asociado con el árbol de rotor principal y está provisto de una pluralidad de aberturas de bloqueo. Una parte del árbol de bloqueo está configurada para recibirse en una correspondiente de la pluralidad de aberturas de bloqueo en una primera orientación, y para hacerse rotar dentro de la abertura de bloqueo en una segunda orientación mediante la disposición de accionamiento angular.

Esta configuración garantiza ventajosamente que cuando el árbol de bloqueo se inserta en la abertura de bloqueo correspondiente y se hace rotar, una parte del árbol de bloqueo entra en contacto con la abertura de bloqueo y evita efectivamente un mayor movimiento de rotación del disco de bloqueo de rotor y retiene los componentes conectados (por ejemplo, el árbol de rotor principal, el buje y las palas de rotor) en una posición fija.

Opcionalmente, el árbol de bloqueo está separado de una superficie interna de la abertura de bloqueo respectiva en la primera orientación y hace contacto con la superficie interna de la abertura de bloqueo respectiva en uno o más puntos de contacto en la segunda orientación. En algunos casos, el árbol de bloqueo puede entrar en contacto con la abertura de bloqueo respectiva en dos puntos de contacto distintos en la segunda orientación.

Esta disposición garantiza ventajosamente que la carga sobre el árbol de bloqueo se distribuye de manera uniforme y predecible entre estos dos puntos. En algunos casos, los dos puntos de contacto pueden estar desplazados horizontalmente uno de otro, y las posiciones relativas de los dos puntos de contacto impiden una rotación adicional del disco de bloqueo de rotor, garantizándose que permanezca bloqueado de manera segura en su posición.

El sistema de bloqueo de rotor puede comprender al menos dos unidades de bloqueo dispuestas alrededor del árbol de rotor principal. Opcionalmente, una primera unidad de bloqueo hace contacto con una primera abertura de bloqueo respectiva en dos puntos de contacto distintos cuando está en la segunda orientación, y una segunda unidad de bloqueo hace contacto con una segunda abertura de bloqueo respectiva en un único punto de contacto cuando está en la segunda orientación. Las unidades de bloqueo primera y segunda pueden disponerse una adyacente a otra alrededor del árbol de rotor principal.

Ventajosamente, esta configuración permite compartir la carga y distribuye el par motor en una parte específica del disco de bloqueo de rotor entre varias unidades de bloqueo, disminuyendo de este modo la carga en cada unidad de bloqueo individual, mientras se garantiza de que el árbol de rotor principal se mantiene de manera segura en una posición bloqueada.

Opcionalmente, las aberturas de bloqueo son, en general, rectangulares en sección transversal vertical. Esta configuración permite ventajosamente que, en general, el árbol de bloqueo en general cilíndrico se deslice dentro de la abertura sin obstrucciones debido a las dimensiones de su borde de ataque (es decir, la parte de enganche) lo que significa que no se requiere una alineación precisa entre la abertura de bloqueo y el árbol de bloqueo.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se describirán una o más realizaciones de la invención, únicamente a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra una vista delantera de una turbina eólica de eje horizontal típica en la que puede implementarse un sistema de bloqueo de rotor de acuerdo con una realización de la presente invención;

las figuras 2a y 2b son unas ilustraciones en vista en planta y lateral, respectivamente, de una parte de la turbina eólica de la figura 1, que comprende una carcasa de eje principal y un sistema de bloqueo de rotor de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 3 es una vista en sección transversal horizontal de la parte de turbina eólica de las figuras 2a y 2b, e incluye una vista en primer plano de los detalles del sistema de bloqueo de rotor como un panel de inserción;

las figuras 4a y 4b son unas vistas en perspectiva y en perspectiva despiezada respectivamente de una unidad de bloqueo y su accionador asociado usado en el sistema de bloqueo de rotor de la figura 3;

la figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra el movimiento de las partes del sistema de bloqueo de rotor entre una posición "bloqueada" y una posición "liberada" de acuerdo con una realización de la presente invención;

las figuras 6a y 6b muestran unas vistas delanteras de una parte de la realización del sistema de bloqueo de rotor de la figura 2a, en la que la figura 6a muestra el sistema de bloqueo de rotor en una posición "liberada" y la figura 6b muestra el sistema de bloqueo de rotor en una posición "bloqueada";

la figura 7 es una vista desde un extremo del sistema de bloqueo de rotor implementado en el árbol de rotor principal de una turbina eólica de acuerdo con otra realización de la presente invención; y

la figura 8 es una vista esquemática de una unidad de bloqueo de acuerdo con otra realización de la invención.

Descripción detallada

Ahora se describirá una realización específica de la presente invención en la que se analizarán en detalle numerosas características específicas con el fin de proporcionar una comprensión completa del concepto inventivo tal como se define en las reivindicaciones. Sin embargo, resultará evidente para un experto en la materia que la invención puede ponerse en práctica sin los detalles específicos y que, en algunos casos, métodos bien conocidos, técnicas y estructuras no se han descrito en detalle para no oscurecer innecesariamente la invención.

Con el fin de colocar las realizaciones de la invención en un contexto adecuado, en primer lugar se hará referencia a la figura 1, que ilustra una turbina eólica de eje horizontal (HAWT) típica en la que puede implementarse un sistema de bloqueo de rotor de acuerdo con una realización de la presente invención. Aunque esta imagen en particular representa una turbina eólica en tierra, se entenderá que también se encontrarán características equivalentes en las turbinas eólicas marinas.

La turbina eólica 1 comprende una torre 2, una góndola 4 acoplada de manera rotatoria a la parte superior de la torre 2 mediante un sistema de guiñada 6, un cubo rotatorio 8 montado en la góndola 4 y una pluralidad de palas de rotor de turbina eólica 10 acopladas al cubo 8. La góndola 4 y las palas de rotor 10 se hacen girar y se dirigen en la dirección del viento mediante el sistema de guiñada 6. La góndola 4 aloja todos los componentes generadores de la turbina eólica, incluyendo el generador, la caja de engranajes, el tren de transmisión y el conjunto de frenos, así como los equipos convertidores para convertir la energía mecánica del viento en energía eléctrica para su suministro a la red. La góndola 4 también contiene necesariamente una carcasa de árbol principal (no mostrada en la figura 1), que aloja un árbol de rotor principal que está conectado en un extremo delantero al cubo 8 y a las palas de rotor 10, y en un extremo trasero a los componentes generadores.

Las figuras 2a y 2b muestran una vista en planta y lateral de una carcasa de árbol principal 12 de la turbina eólica 1, en las que la carcasa de árbol principal 12 está unida a un bastidor de base de soporte de carga 14. El bastidor de base proporciona soporte a la carcasa de árbol principal 12, transmitiendo las fuerzas desde el buje 8 y las palas de rotor 10 a la torre de turbina eólica 2. Debe apreciarse que, por conveniencia, la carcasa de árbol principal 12 y el bastidor de base 14 se muestran en este caso aislados sin ninguno de los otros equipos de generación unidos al mismo.

La carcasa de árbol principal 12 soporta de manera rotatoria un árbol de rotor principal 16 que está unido al cubo 8 mediante un montaje de cubo 18, por ejemplo, mediante unos pernos que pasan a través de unos orificios en el montaje de cubo 18, aunque debería tenerse observarse que los medios exactos para acoplar el árbol al cubo no se muestran en este caso para mayor claridad, pero serían conocidos por un experto en la materia. La carcasa de árbol principal 12 también comprende un cojinete delantero y un cojinete trasero (ambos no mostrados) que son unos cojinetes adecuados, tales como los cojinetes de rodillos, que permiten que el árbol de rotor principal 16 rote alrededor de un "eje de rotor" longitudinal Y. La carcasa de árbol principal 12 también comprende una pluralidad de patas de soporte 19 a través de las cuales la carcasa de árbol principal 12 se une al bastidor de base de soporte 14. El bastidor de base 14 comprende a su vez un montaje (no mostrado) en su lado inferior para interconectarse con el sistema de guiñada 6 proporcionado en la torre 2.

Un sistema de bloqueo de rotor 20 de acuerdo con una realización de la presente invención se implementa en la carcasa de árbol principal 12 y comprende un disco de bloqueo de rotor anular 22 y una pluralidad de unidades de bloqueo 24. El disco de bloqueo de rotor 22 rodea el árbol de rotor principal 16 y está localizado delante de la carcasa de árbol principal 12 y directamente detrás del montaje de cubo 18. Como se usa en el presente documento, los términos "delante", "adelante" y "en frente de" se refieren a una dirección a lo largo del eje Y que se encuentra próxima al cubo 8 y a las palas de rotor 10; de manera similar, los términos "detrás" o "atrás" se refieren a una dirección a lo largo del eje Y que se encuentra distal del cubo 8.

El árbol de rotor principal 16 está asociado con una pluralidad de aberturas de bloqueo 26. En esta realización, esas aberturas 26 se proporcionan a intervalos alrededor de la circunferencia del disco de bloqueo de rotor 22. Cada abertura de bloqueo 26 está dispuesta y configurada para recibir una parte de una correspondiente de la pluralidad de unidades de bloqueo 24. Cada una de las unidades de bloqueo 24 se opera por un accionador hidráulico (no mostrado) y en uso, una parte móvil de cada unidad de bloqueo 24 se empuja hacia delante en el enganche de bloqueo dentro de una abertura de bloqueo respectiva 26. Este enganche entre las unidades de bloqueo 24 y el disco de bloqueo de rotor 22 evita de este modo un movimiento de rotación sustancial adicional del árbol de rotor principal 16 y de los componentes conectados.

En la realización de las figuras 2a y 2b, se proporcionan dos unidades de bloqueo 24, una a cada lado del árbol de rotor principal 16. Esta disposición garantiza que el par motor ejercido por el árbol de rotor principal 16 rotatorio y la carga asociada se distribuya por igual entre las dos unidades de bloqueo 24, reduciendo eficazmente a la mitad las fuerzas ejercidas sobre una única unidad de bloqueo 24 y evitando el cizallamiento o el desgaste desigual de una unidad de bloqueo específica 24.

En la realización ilustrada, las unidades de bloqueo 24 están montadas en un bastidor de soporte o abrazadera 28 en general en forma de U que sigue el perfil del disco de bloqueo de rotor 22 y se extiende en un semicírculo alrededor de la parte inferior del árbol de rotor principal 16. El bastidor de soporte 28 puede estar unido o configurado de otro modo para fusionarse con la superficie exterior de la carcasa de árbol principal 12, aunque en el presente documento no se muestran los medios exactos de unión del bastidor de soporte 28 a la carcasa de árbol principal 12.

Un experto en la materia apreciará que el sistema de bloqueo de rotor 20 puede comprender más de dos unidades de bloqueo 24 y que las unidades de bloqueo 24 pueden estar localizadas en posiciones alternativas alrededor del árbol de rotor principal 16 que las que se muestran en las figuras adjuntas. También se entenderá que el número, la localización y la forma de las aberturas de bloqueo 26 proporcionadas en el disco de bloqueo de rotor 22 pueden variar en función de la configuración exacta de las unidades de bloqueo 24 que se usen. Tales realizaciones constituirían variaciones de diseño menores y también se considera que están dentro del alcance de la presente invención. Además, la forma y configuración exactas del bastidor de soporte 28 no es crucial para la operación del sistema de bloqueo de rotor 20 y, por lo tanto, se apreciará que los cambios de diseño menores que no afectan a la función del bastidor de soporte 28 también estarán dentro del alcance de la presente invención.

El sistema de bloqueo de rotor 20 se describirá ahora con mayor detalle haciendo referencia a figura 3, que muestra una vista en sección transversal horizontal de la carcasa de árbol principal 12 y del sistema de bloqueo de rotor 20. La figura 3 también incluye un panel de inserción que proporciona una vista de cerca de algunos de los componentes constituyentes de la unidad de bloqueo 24, la configuración de la abertura de bloqueo 26 y sus posiciones relativas cuando el sistema de bloqueo de rotor 20 está en uso.

Las aberturas de bloqueo 26 de la presente realización son en general de forma rectangular con esquinas redondeadas, y penetran todo el medio a través del espesor del disco de bloqueo de rotor 22, extendiéndose de este modo entre las caras delantera y trasera del disco de bloqueo de rotor 22. Cada unidad de bloqueo 24 comprende un tambor exterior 30 en general cilíndrico y un accionador 32 que está acoplado a un árbol o pasador de bloqueo móvil 34. En principio, cualquier accionador que sea capaz de provocar un movimiento lineal es adecuado, tal como un accionador eléctrico lineal, un mecanismo de tornillo de bola, o un ariete hidráulico. En esta realización se muestra un ariete hidráulico. Se observará que el accionador 32 se muestra en forma abreviada sin líneas hidráulicas, pero un experto en la materia comprenderá que la configuración debería comprender los componentes adicionales que sean necesarios para que funcione el accionador hidráulico. También se proporcionan unas ranuras u orificios 35 de tamaño y forma correspondiente en el bastidor de soporte 28, de tal manera que, en uso, cada unidad de bloqueo 24 se soporte de manera segura por el bastidor de soporte 28, mientras que el pasador de bloqueo 34 se empuja por el accionador 32 a través de los orificios 35 en el bastidor de soporte 28 y en el enganche de bloqueo con las aberturas de bloqueo 26 del disco de bloqueo de rotor 22.

Mientras que la figura 3 muestra el sistema de bloqueo de rotor 20 asociado con la carcasa de árbol principal 12 de la turbina eólica 1, las figuras 4a y 4b muestran la unidad de bloqueo 24 del sistema de bloqueo de rotor 20 en aislamiento de tal manera que su configuración pueda apreciarse más fácilmente. La figura 4a muestra la unidad de bloqueo 24 cuando se acciona en una posición "bloqueada", mientras que la figura 4b muestra una vista despiezada de la unidad de bloqueo 24 de tal manera que su configuración interna pueda apreciarse más fácilmente.

Como se ha mencionado anteriormente, la unidad de bloqueo 24 comprende un tambor 30 de forma cilíndrica que aloja un pasador de bloqueo 34 de forma en general cilíndrica que puede moverse en relación con el tambor 30. El tambor 30 se cierra en un extremo trasero por el accionador 32, y se abre en un extremo delantero 36 para permitir que al menos una parte del pasador de bloqueo 34 se extienda fuera del tambor 30, como puede verse en la figura 4a. El accionador 32 está acoplado a un extremo trasero 38 del pasador de bloqueo 34, de tal manera que el movimiento lineal del accionador 32 se traslade al pasador de bloqueo 34, permitiendo de este modo el movimiento alternativo del pasador de bloqueo 34 dentro del tambor 30. Se proporciona una brida de montaje anular 42 alrededor de una parte delantera del tambor 30, permitiendo que la unidad de bloqueo 24 se monte de manera segura en el bastidor de soporte 28, por ejemplo, mediante unos pernos que pasan a través de los orificios 44 proporcionados alrededor de la circunferencia de la brida de montaje 42, aunque se apreciará que también serían posibles otros medios de unión.

Pasando ahora a una descripción más detallada de la unidad de bloqueo 24, puede verse que el pasador de bloqueo 34 en sí mismo comprende una parte de bloqueo o enganche 46 en su extremo delantero, y una parte de accionamiento angular 48 en su extremo trasero. Tal y como se hará evidente, la parte de accionamiento angular 48 puede accionarse para hacer que el pasador de bloqueo 34 se mueva angularmente a medida que se desplaza linealmente a lo largo del tambor 30.

La parte de bloqueo 46 tiene un diámetro que es menor que el diámetro interno del tambor 30, permitiendo de este modo que la parte de bloqueo 46 se extienda fuera del extremo delantero 36 del tambor 30 en una configuración bloqueada. El pasador de bloqueo 34 también comprende un pasador o parte de guía de árbol 49 que tiene un diámetro sustancialmente constante. La parte de guía de pasador 49 puede configurarse para ser integral con el pasador de bloqueo 34, o puede diseñarse como una característica de "collar", en función del método de fabricación.

La parte de accionamiento angular 48 y la parte de guía de pasador 49 del pasador de bloqueo 34 funcionan cada una conjuntamente con las regiones complementarias del tambor 30. Específicamente, se proporciona una región de guía angular 50 en la superficie interna del tambor 30, y funciona conjuntamente con la parte de accionamiento angular 48 del pasador de bloqueo 34, haciendo que el pasador de bloqueo 34 se mueva angularmente alrededor de su eje longitudinal X' dentro del tambor 30 cuando se acciona axialmente por el accionador. También se proporciona una región de guía de árbol o pasador 51 en la superficie interna del tambor 30, y funciona conjuntamente con la parte de guía de pasador 49 del pasador de bloqueo 34. La región de guía de pasador 51 también tiene un diámetro sustancialmente constante, y los diámetros externos de la parte de guía de pasador 49 y la región de guía de pasador 51 definen de este modo un ajuste deslizante de tal manera que el pasador de bloqueo 34 se mueve suavemente a lo largo de su eje longitudinal "X".

La parte de accionamiento angular 48 del pasador de bloqueo 34 comprende una formación de roscado o de seguidor helicoidal que incluye una pluralidad de nervaduras helicoidales 52 que se extienden desde, y se forman integralmente con, el extremo trasero 38 del pasador de bloqueo 34. Estas nervaduras helicoidales envuelven o se curvan alrededor de la superficie exterior del pasador de bloqueo 34, terminando y opcionalmente fusionándose con la parte de guía 49. La región de guía angular 50 del tambor 30 está provista de una formación de guía helicoidal o de pista que comprende unos canales o ranuras 54 que están configuradas y dispuestas para recibir la formación de roscado helicoidal (en este caso, las nervaduras helicoidales 52) dentro de las mismas cuando el pasador de bloqueo 34 se acciona dentro del tambor 30. El enganche entre las nervaduras helicoidales 52 y los canales helicoidales 54 proporciona una disposición de accionamiento angular que provoca o guía el movimiento angular del pasador de bloqueo 34 dentro del tambor 30. El accionamiento lineal proporcionado por el accionador 32 se convierte de este modo en una combinación de movimiento lineal y rotacional del pasador de bloqueo 34 dentro del tambor 30, de tal manera que el pasador de bloqueo 34 se mueve angularmente alrededor de su eje longitudinal X' dentro del tambor cuando se acciona axialmente por el accionador 32.

La realización ilustrada de las figuras 4a y 4b comprende cuatro nervaduras helicoidales 52 dispuestas de tal manera que los puntos del extremo posterior 38 del pasador de bloqueo 34 desde el que se extiende cada nervadura helicoidal 52 están separados aproximadamente 90 grados. Sin embargo, se apreciará que el número y la configuración de las nervaduras helicoidales 52 pueden variar en función de la funcionalidad deseada de la unidad de bloqueo 24. Además, se apreciará que la forma de las formaciones de guía helicoidal y de roscado helicoidales pueden alterarse para facilitar diferentes grados de movimiento angular (o incluso permitir un movimiento inicial no rotatorio del árbol de bloqueo). Adicionalmente, también se apreciará que las nervaduras helicoidales 52 y los canales helicoidales 54 pueden reemplazarse por otros componentes o configuraciones alternativas, siempre que aún se permita el movimiento angular del pasador de bloqueo 34 dentro del tambor 30. Por ejemplo, en otra realización, la función de las nervaduras helicoidales puede realizarse en cambio mediante salientes discretos, tales como un espárrago u orejeta, que funcionan o se guían a lo largo de los canales helicoidales.

La figura 5 muestra dos dibujos lineales del sistema de bloqueo de rotor 20 en una vista lateral, con la unidad de bloqueo 24 proporcionada en su bastidor de soporte 28, e ilustrando las posiciones relativas del pasador de bloqueo 34 y del disco de bloqueo de rotor 22 cuando el pasador de bloqueo 34 está en una configuración "liberada" (imagen superior) y en una configuración "bloqueada" (imagen inferior).

En la configuración liberada, la mayor parte del pasador de bloqueo 34 permanece retraído dentro del tambor 30 y la parte de bloqueo 46 no sobresale más allá de una superficie delantera del bastidor de soporte 28 (la superficie más cercana al disco de bloqueo de rotor 22). Por lo tanto, el disco de bloqueo de rotor 22 y el árbol de rotor principal 16 pueden rotar libremente. En la configuración bloqueada, el pasador de bloqueo 34 se acciona a lo largo de su eje longitudinal X', hacia el disco de bloqueo de rotor 22, por el accionador hidráulico (no mostrado). De este modo, el accionamiento hacia delante da como resultado que la parte de bloqueo 46 entre en una correspondiente de las aberturas de bloqueo 26 en el disco de bloqueo de rotor 22. El enganche entre la parte de bloqueo 46 y la abertura de bloqueo 26 evita cualquier movimiento de rotación adicional del disco de bloqueo de rotor 22 y del árbol de rotor principal 16.

Se observa que la configuración bloqueada se implementa preferentemente solo cuando el árbol de rotor principal 16 se ha detenido por completo, y las aberturas de bloqueo 26 en el disco de bloqueo de rotor 22 están sustancialmente alineadas con las unidades de bloqueo respectivas 24. Esto proporciona un medio seguro de retener el árbol de rotor principal 16 en la posición deseada, mientras se evita cualquier daño que se provoque al sistema de bloqueo de rotor 20 debido al cizallamiento que resultaría de las fuerzas de rotación excesivas del árbol de rotor principal 16.

Las figuras 6a y 6b muestran una parte de la superficie delantera del disco de bloqueo de rotor 22. Específicamente, las dos figuras ilustran el sistema de bloqueo de rotor 20 en una configuración liberada (figura 6a) y una configuración bloqueada (figura 6b). Las vistas en primer plano de las dos configuraciones se muestran en los paneles insertados para mayor claridad.

Cuando se observa en sección transversal vertical a lo largo del plano del disco de bloqueo de rotor 22, puede verse que la parte de bloqueo 46 del pasador de bloqueo 34 es en general de sección transversal elíptica u ovalada con un eje principal A. La abertura de bloqueo correspondiente 26 es en general de forma rectangular con esquinas redondeadas y un borde largo B. En la configuración liberada, la parte de bloqueo 46 está orientada de tal manera que su eje principal A sea sustancialmente paralelo al borde largo B de la abertura de bloqueo 26. En esta orientación, el borde largo B de la abertura 26 es más largo que la longitud del pasador de bloqueo a lo largo de su eje principal A. Debido a los tamaños y formas relativos de la parte de bloqueo 46 y la abertura de bloqueo 26, por lo tanto, una superficie externa 60 de la parte de bloqueo 46 está separada de una superficie interna 66 de la abertura de bloqueo 26, de tal manera que ninguna parte de la parte de bloqueo 46 está en contacto con la abertura de bloqueo 26.

En la configuración bloqueada, la parte de bloqueo 46 se ha hecho rotar de tal manera que su eje principal A se orienta un ángulo de aproximadamente 45 grados con respecto al borde largo B de la abertura de bloqueo 26. Como resultado, la superficie externa 60 de la varilla de bloqueo 46 hace contacto con la superficie interna 62 de la abertura de bloqueo 26 en dos puntos 64a, 64b. Como puede observarse, los dos puntos de contacto 64a, 64b están desplazados horizontalmente uno de otro. Las posiciones relativas de los dos puntos de contacto 64a, 64b evitan la rotación adicional del disco de bloqueo de rotor 22 y, por lo tanto, garantizan que el disco de bloqueo de rotor 22 permanece bloqueado de manera segura en su posición.

Como se ha mencionado anteriormente, la rotación de la parte de bloqueo 46 dentro de la abertura de bloqueo respectiva 26 se facilita por la disposición de accionamiento angular 48, 50 de la unidad de bloqueo 24, y resulta específicamente del funcionamiento conjunto entre los canales helicoidales 54 en el tambor 30 y las nervaduras helicoidales 52 en el pasador de bloqueo 34, lo que hace que el pasador de bloqueo 34 se mueva angularmente alrededor de su eje longitudinal cuando se acciona hacia delante en la abertura de bloqueo 26. A medida que el pasador de bloqueo 34 se mueve a la posición bloqueada, hace contacto de este modo con su abertura correspondiente 26 en dos puntos 64a, 64b, se apreciará que la carga en el pasador se distribuye de manera equitativa y predecible entre estos dos puntos. Además, el pasador de bloqueo 34 puede deslizarse dentro de la abertura sin obstrucciones debido a las dimensiones de su borde de ataque (es decir, la parte de bloqueo 46), lo que significa que no se requiere una alineación precisa entre la abertura de bloqueo y el pasador de bloqueo.

La figura 7 muestra una vista delantera de la carcasa de árbol principal 12 de la turbina eólica 1, en la que se implementa un sistema de bloqueo de rotor 20a de acuerdo con otra realización de la presente invención. La inserción de la figura 7 proporciona una vista en primer plano de una parte del sistema de bloqueo de rotor 20a cuando está en una configuración "bloqueada".

Mientras que la realización de las figuras anteriores implicaba el uso de solo dos unidades de bloqueo 24, que se proporcionaban en lados opuestos del árbol de rotor principal 16 con el fin de equilibrar las fuerzas de torsión ejercidas por el árbol de rotor principal 16 a través del disco de bloqueo de rotor 22, la realización de la figura 7 incluye tres unidades de bloqueo adicionales 24a, 24b, 24c dispuestas una adyacente a otra debajo del árbol de rotor principal 16. Debería apreciarse que las unidades de bloqueo opuestas horizontalmente 24 pueden omitirse en esta realización.

Las unidades de bloqueo 24a, 24b, 24c de esta realización están diseñadas y configuradas para ser muy similares a las de la realización anterior, y para funcionar sustancialmente de la misma manera, como se ha descrito anteriormente haciendo referencia a las figuras 4 a 6. Brevemente, cada unidad de bloqueo 24a, 24b, 24c comprende un pasador de bloqueo 34 que puede moverse dentro de un tambor 30 por un accionador 32, comprendiendo el pasador de bloqueo 34 una parte de accionamiento angular 48 que está configurada para funcionar conjuntamente con una parte de guía angular 50 en el tambor 30. El funcionamiento conjunto entre estas dos partes complementarias 48, 50 permite que el pasador de bloqueo 34 se mueva angularmente alrededor de su eje longitudinal dentro del tambor 30 cuando se acciona axialmente por el accionador 32. Cada pasador de bloqueo 34 también comprende una parte de bloqueo 46a, 46b, 46c que puede extenderse hacia una de las aberturas de bloqueo 26a, 26b, 26c en el disco de bloqueo de rotor 22. Para evitar repeticiones innecesarias, la siguiente descripción se centrará ahora en las diferencias entre las dos realizaciones, en particular, la interacción entre las tres unidades de bloqueo adicionales 24a, 24b, 24c.

Las tres unidades de bloqueo adicionales 24a, 24b, 24c se colocan debajo del árbol de rotor principal 16 y se disponen a intervalos adecuados con el fin de que puedan insertarse en las aberturas de bloqueo respectivas 26a, 26b, 26c. En la realización ilustrada, estas aberturas de bloqueo 26a, 26b, 26c se localizan una adyacente a otra. Se observará que sería posible implementar esta realización como una extensión de la realización anterior ilustrada en las figuras 2a y 2b, como las unidades de bloqueo adicionales 24a, 24b, 24c puede montarse en el bastidor de soporte 28 que sigue al perfil del disco de bloqueo de rotor 22 en forma de U que se extiende alrededor de la mitad inferior del árbol de rotor principal 16.

Como puede verse en los paneles insertados de la figura 7, cuando está en la configuración bloqueada, cada una de las tres partes de bloqueo adicionales 46a, 46b, 46c se orienta un ángulo diferente dentro de su abertura de bloqueo respectiva 26a, 26b, 26c. Además, en función de la localización de la unidad de bloqueo 24a, 24b, 24c, las partes de bloqueo 46a, 46b, 46c puede hacer contacto con las superficies internas 62 de las aberturas de bloqueo respectivas 26a, 26b, 26c en uno o dos puntos de contacto. Tal y como puede verse en la figura 7, la parte de bloqueo 46b de la unidad de bloqueo central 24b hace contacto con su abertura de bloqueo 26b en dos puntos de contacto 66a, 66b, mientras que las partes de bloqueo 46a, 46c de cada uno de los dos pasadores de bloqueo adyacentes 24a, 24c hace contacto con sus aberturas de bloqueo respectivas 26a, 26c en un único punto de contacto 68, 70. La unidad de bloqueo más a la izquierda 24a está ligeramente desplazada hacia la izquierda de su abertura de bloqueo correspondiente 26a, mientras que la unidad de bloqueo más a la derecha 24c está ligeramente desplazada a la derecha de su abertura de bloqueo correspondiente 26c. Las distancias angulares entre la unidad de bloqueo central 24b y sus dos unidades de bloqueo adyacentes 24a, 24c, son, por lo tanto, ligeramente mayores que las distancias angulares entre la abertura de bloqueo central 26b y sus dos aberturas de bloqueo adyacentes 26a, 26c.

Esta disposición de las unidades de bloqueo 24a, 24b, 24c es beneficiosa para compartir la carga. Debido al tamaño y peso del árbol de rotor principal 16 y sus componentes conectados, la cantidad de par motor ejercido sobre las unidades de bloqueo 24a, 24b, 24c a través del disco de bloqueo de rotor 22 es enorme. Esto puede resultar en un cizallamiento o desgaste desigual de las unidades de bloqueo 24a, 24b, 24c en los casos donde se concentren grandes cantidades de par motor y carga en solo una o dos unidades de bloqueo 24a, 24b, 24c, lo cual no es deseable. La realización de la figura 7 permite compartir la carga y distribuye el par motor en una parte específica del disco de bloqueo de rotor 22 a través de varias unidades de bloqueo 24a, 24b, 24c, disminuyendo de este modo la carga en cada unidad de bloqueo individual 24a, 24b, 24c, garantizando al mismo tiempo que el árbol de rotor principal 16 permanece mantenido de manera segura en una posición bloqueada.

Pueden realizarse muchas modificaciones a los ejemplos anteriores sin alejarse del alcance de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Por ejemplo, pueden usarse diferentes números o configuraciones de unidades de bloqueo 24 y aberturas de bloqueo 26. Como alternativa o adicionalmente, las unidades de bloqueo 24 pueden estar localizadas en puntos diferentes alrededor del árbol de rotor principal 16, y las posiciones de las aberturas de bloqueo 26 pueden variarse en consecuencia. Además, también pueden variarse las formas de las partes de bloqueo 46 de los pasadores de bloqueo 34, así como las formas de las aberturas de bloqueo 26. Se considera que tales pequeñas alteraciones caen dentro del alcance de la presente invención siempre que se mantenga el efecto de bloqueo necesario.

La figura 8 muestra un diagrama esquemático de la unidad de bloqueo 24 de acuerdo con otra realización, que incorpora una pequeña modificación que facilita un movimiento inicial no rotatorio del pasador de bloqueo 34. Como con las realizaciones anteriores, la unidad de bloqueo 24 comprende una disposición de accionamiento angular (48, 50) configurada para controlar el movimiento del árbol de bloqueo dentro del tambor, comprendiendo la disposición una parte de accionamiento angular 48 proporcionada en el pasador de bloqueo 34, y una parte de guía angular 50 proporcionada en el tambor 30.

Como con la realización mostrada en la figura 4a, la parte de guía angular 50 comprende una pluralidad de canales o estrías 54'. Sin embargo, cada uno de los canales 54' se ha modificado para incluir una sección 80 inicial en general lineal o recta (en una parte más trasera de la parte de guía angular 50) que es en general paralela al eje longitudinal X' del árbol de bloqueo. Posteriormente, la sección recta 80 del canal 54' pasa suavemente a una sección curva o helicoidal 82. Una vista en planta de uno de los canales modificados 54' se muestra debajo del diagrama esquemático del pasador de bloqueo, y está destinada a ilustrar la configuración del canal modificado 54'separada ("desenvuelta") de la superficie cilíndrica del tambor 30. Adicionalmente, en esta realización, las nervaduras helicoidales 52 de la figura 4a se han reemplazado por espárragos u orejetas 84, cada uno de los cuales está dimensionado y configurado para recibirse en uno correspondiente de los canales 54'. Se apreciará que las orejetas 84 no necesitan reemplazar las nervaduras helicoidales 52 de igual a igual, una sola orejeta 84 sería suficiente para guiar el movimiento del pasador de bloqueo 34.

Cada orejeta 84 se mueve dentro de su canal correspondiente 54' cuando se acciona axialmente el pasador de bloqueo 34 por el accionador. El enganche de las orejetas 84 dentro de sus respectivos canales modificados 54' da como resultado un movimiento inicial no rotatorio del pasador de bloqueo 34 (en general paralelo a su eje longitudinal X') a medida que las orejetas 84 se guían a lo largo de la sección recta 80 de los canales. 54'. A esto le sigue un movimiento angular del pasador de bloqueo 34 alrededor de su eje longitudinal X', a medida que las orejetas 84 se guían a lo largo de la sección curva 82 de los canales 54'.

Este movimiento inicial no rotatorio del pasador de bloqueo 34 permite ventajosamente que la parte de bloqueo 46 del pasador de bloqueo 34 entre en la abertura de bloqueo correspondiente 26 en el disco de bloqueo de rotor 22 en una configuración no rotada, y que posteriormente se hace rotar hacia una configuración bloqueada, junto con un mayor movimiento hacia delante, de tal manera que la parte de bloqueo 46 hace contacto con las superficies internas de las aberturas de bloqueo 26.

Se apreciará que un movimiento inicial no rotatorio del pasador de bloqueo 34 también puede facilitarse alterando la forma o longitud de los canales helicoidales 54 en las realizaciones de las figuras 4a y 4b. Por ejemplo, los canales helicoidales 54 en la región de guía angular 50 del tambor 30 pueden no extenderse todo el camino hasta la parte trasera del tambor 30, de tal manera que las nervaduras helicoidales 52 no se enganchan inmediatamente dentro de los canales helicoidales 54 tras el accionamiento del pasador de bloqueo 34. Esto daría como resultado que inicialmente el pasador de bloqueo 34 se deslizara axialmente de una manera no rotatoria, y solo comenzaría el movimiento angular cuando las nervaduras helicoidales 52 se enganchen dentro de los canales helicoidales 54.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Una unidad de bloqueo (24) para un sistema de bloqueo de rotor (20) de una turbina eólica (1), comprendiendo la unidad de bloqueo (24):

un árbol de bloqueo (34) que puede moverse de manera deslizante dentro de un tambor (30) bajo la influencia de un accionador (32); y

una disposición de accionamiento angular (48, 50) que está configurada para permitir el movimiento angular del árbol de bloqueo (34) alrededor de un eje longitudinal a medida que el árbol de bloqueo (34) se mueve linealmente dentro del tambor (30) por el accionador (32),

caracterizada por que

la disposición de accionamiento angular (48, 50) comprende una formación de guía helicoidal (50) definida por el tambor (30) y una formación de roscado complementaria (48) definida por el árbol de bloqueo (34).

2. La unidad de bloqueo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el árbol de bloqueo (34) comprende una parte de enganche (46) que puede alejarse de y aproximarse al tambor (30) para el enganche.

3. La unidad de bloqueo de acuerdo con la reivindicación 2, en la que la parte de enganche (46) es en general ovalada en sección transversal vertical.

4. La unidad de bloqueo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que el árbol de bloqueo (34) comprende una parte de guía (49) que se desliza contra una parte de guía de árbol correspondiente (51) del tambor (30).

5. La unidad de bloqueo de acuerdo con la reivindicación 4, en la que la parte de guía (49) está definida por una sección de diámetro sustancialmente constante del árbol de bloqueo (34) que se desliza dentro de una sección de diámetro sustancialmente constante (51) del tambor (30).

6. La unidad de bloqueo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que la formación de guía helicoidal (50) comprende al menos un canal helicoidal (54).

7. La unidad de bloqueo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en la que la formación de roscado helicoidal (48) comprende cualquier combinación de lo siguiente: al menos una nervadura helicoidal (52) y al menos un espárrago (84).

8. Un sistema de bloqueo de rotor (20) para asegurar un árbol de rotor principal (16) de una turbina eólica (1) en una posición sustancialmente estacionaria, comprendiendo el sistema de bloqueo de rotor (20):

una unidad de bloqueo (24) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior; y

un disco de bloqueo (22), asociado con el árbol de rotor principal (16), y provisto de una pluralidad de aberturas de bloqueo (26);

en el que una parte del árbol de bloqueo (34) está configurada para recibirse en una correspondiente de la pluralidad de aberturas de bloqueo (26) en una primera orientación, mientras se hace rotar dentro de la abertura de bloqueo (26) en una segunda orientación mediante la disposición de accionamiento angular (48, 50).

9. Un sistema de bloqueo de rotor (20) de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el árbol de bloqueo (34) está separado de una superficie interna (62) de la abertura de bloqueo respectiva (26) en la primera orientación, y hace contacto con la superficie interna (62) de la abertura de bloqueo respectiva (26) en uno o más puntos de contacto (66a, 66b, 68, 70) en la segunda orientación.

10. El sistema de bloqueo de rotor de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el árbol de bloqueo (34) hace contacto con la superficie interna (62) de la abertura de bloqueo respectiva (26) en dos puntos de contacto distintos (64a, 64b) en la segunda orientación.

11. El sistema de bloqueo de rotor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, que comprende al menos dos unidades de bloqueo (24a, 24b, 24c) dispuestas alrededor del árbol de rotor principal (16).

12. El sistema de bloqueo de rotor de acuerdo con la reivindicación 11, en el que una primera unidad de bloqueo (24a) hace contacto con una primera abertura de bloqueo respectiva (26) en dos puntos de contacto distintos (66a, 66b) cuando está en la segunda orientación, y una segunda unidad de bloqueo (24b, 24c) hace contacto con una segunda abertura de bloqueo respectiva (26) en un único punto de contacto (68, 70) cuando está en la segunda orientación.

13. El sistema de bloqueo de rotor de acuerdo con la reivindicación 12, en el que las unidades de bloqueo primera y segunda (24a, 24b, 24c) están dispuestas una adyacente a otra alrededor del árbol de rotor principal (16).

14. El sistema de bloqueo de rotor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que cada una de las aberturas de bloqueo (26) es en general rectangular en sección transversal vertical.

15. Una turbina eólica (1) que comprende una torre (2), una góndola (4) acoplada de manera rotatoria a la parte superior de la torre mediante un sistema de guiñada (6), un cubo rotatorio (8) montado en la góndola y una pluralidad de palas de rotor de turbina eólica (10) acopladas al cubo;

comprendiendo además dicha turbina eólica un sistema de bloqueo de rotor (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-14.